7月10日，世界著名期刊《科學(xué)》（Science），刊發(fā)學(xué)術(shù)論文《電場誘導(dǎo)異質(zhì)界面金屬態(tài)構(gòu)建超質(zhì)子傳輸》。中國地質(zhì)大學(xué)材料與化學(xué)學(xué)院吳艷副教授為第一作者，朱斌教授和宋懷兵副研究員為共同通訊作者。這是我國科技工作者在能源領(lǐng)域取得的又一重要原創(chuàng)性研究成果。
燃料電池是繼水力發(fā)電、熱能發(fā)電和原子能發(fā)電的第四種發(fā)電技術(shù)。其潔凈、高效、無污染特點越來越引起關(guān)注。燃料電池技術(shù)成為國家能源發(fā)展戰(zhàn)略的一個重點領(lǐng)域，高離子電導(dǎo)率的電解質(zhì)開發(fā)，是解決目前燃料電池應(yīng)用的關(guān)鍵。
長期以來，提高電解質(zhì)離子電導(dǎo)率的方法，是通過低價陽離子取代高價陽離子，如摻雜三價銥離子取代結(jié)構(gòu)的四價鋯離子，從而產(chǎn)生氧空位，進而提高了氧離子電導(dǎo)率。但是結(jié)構(gòu)摻雜的方法，并沒有有效解決燃料電池電解質(zhì)面臨的百年挑戰(zhàn)，很大程度上阻礙了燃料電池的商業(yè)化進程。
我校燃料電池創(chuàng)新研究團隊，一直致力于低溫、高性能燃料電池研究，聚焦高質(zhì)子電導(dǎo)率電解質(zhì)的開發(fā)，歷經(jīng)多年的不懈探索，經(jīng)過反復(fù)試驗論證，首次通過半導(dǎo)體異質(zhì)界面電子態(tài)特性，把質(zhì)子局域于異質(zhì)界面，設(shè)計和構(gòu)造具有最低遷移勢壘的質(zhì)子通道。
在傳統(tǒng)質(zhì)子傳導(dǎo)材料里，質(zhì)子需要克服巨大的能壘，通過氧空位跳躍前行。本研究如同給質(zhì)子修建高速公路，即利用半導(dǎo)體異質(zhì)界面場誘導(dǎo)金屬態(tài)，助推超質(zhì)子實現(xiàn)又快又好地“跑起來”，從而獲得優(yōu)異的電導(dǎo)率。這與傳統(tǒng)電解質(zhì)材料電導(dǎo)率相比，提升了3個數(shù)量級，并且實現(xiàn)了先進質(zhì)子陶瓷燃料電池的示范（如上圖）。
半導(dǎo)體異質(zhì)結(jié)構(gòu)和場誘導(dǎo)加速離子遷移，是能源科學(xué)領(lǐng)域具有挑戰(zhàn)性的研究課題，該研究成果為優(yōu)良質(zhì)子傳輸材料和應(yīng)用，提供了創(chuàng)新思路，為質(zhì)子限域傳輸提供了科學(xué)方法，為燃料電池研發(fā)應(yīng)用插上了翅膀。該成果將促進新一代燃料電池研究和發(fā)展，對發(fā)展能源新材料和新技術(shù)具有重要科學(xué)意義和應(yīng)用價值。該研究得到了國家自然科學(xué)基金委、中國地質(zhì)大學(xué)（武漢）等多方面的支持。
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